163

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: «Исследование зависимости физико-химической температурной депрессии от концентрации раствора»

Цель работы: Сравнение процессов кипения чистой воды и раствора. Оп-

ределение физико-химической температурной депрессии и исследование ее за-

висимости от концентрации раствора.

Введение

Выпариванием называется процесс концентрирования растворов, заклю-

чающийся в удалении растворителя посредством испарения или кипения.

При кипении растворов нелетучих веществ (например: глицерина, едкого натра, поваренной соли, аммиачной селитры и др.) в паровую фазу переходит только растворитель. При этом по мере испарения растворителя и удаления его в виде паров концентрация раствора, то есть содержание в нем растворенного нелетучего вещества, повышается.

В промышленности выпаривают преимущественно водные растворы раз-

личных веществ.

Температура кипения раствора выше температуры кипения чистого рас-

творителя при одинаковом давлении. Например, вода кипит при атмосферном давлении при температуре 100 С, так как давление ее насыщенных паров при этой температуре составляет 0,1 МПа. Тогда как 70%-ный водный раствор ам-

миачной селитры NH4NO3 при том же атмосферном давлении закипит при тем-

пературе 120 С. Однако, образующиеся из этого раствора водяные пары будут иметь ту же температуру, что и в случае кипения чистой воды, то есть около

100 С.

Разность между температурами кипения раствора tкип и чистого раство-

рителя называется физико-химической температурной депрессией

164

Физико-химическая температурная депрессия зависит от свойств раство-

ренного вещества и растворителя (то есть вида раствора); она повышается с

увеличением концентрации раствора и давления. Определяется 1 опытным

путем. Справочные данные приводят величину 1 при атмосферном давлении.

Для определения 1 при давлениях отличных от атмосферного можно

воспользоваться формулой профессора И.А.Тищенко:

где T - абсолютная температура кипения воды при заданном давлении, К;

r - теплота парообразования воды при давлении выпаривания, кДж кг.

Кроме физико-химической температурной депрессии при расчете выпар-

ных установок необходимо учитывать также гидростатическую 2 и гидравли-

ческую 3 температурные депрессии.

Гидростатической температурной депрессией называется разность между температурами кипения нижних и верхних слоев раствора, обусловленная гид-

ростатическим давлением жидкости на нижние слои. Если, например, нагревать при атмосферном давлении воду до температуры кипения в трубе высотой 10 м,

то верхний слой воды закипит при температуре 100 С, а нижний, находящий-

ся под давлением 0,2 МПа, – при температуре 120 С. В данном случае гидро-

статическая депрессия изменяется по высоте трубы от 0 С (вверху) до 20 С

(внизу). В промышленных выпарных аппаратах величина гидростатической де-

прессии в среднем составляет 3…5 С.

Гидравлической температурной депрессией называется снижение темпера-

туры кипения раствора или насыщенного пара, вызванное понижением давле-

ния вследствие потерь на трение и местные потери в трубопроводах выпарной установки. В практических расчетах ее принимают равной 0,5…1 С для каждо-

го корпуса выпарной установки.

165

Ход работы

С помощью мерного стакана и весов в трех стеклянных колбах (1) приго-

тавливают растворы поваренной соли в воде различных концентраций (0; 10 и 20%). Каждая колба закрывается резиновой пробкой, имеющей отверстие для выхода паров. В пробках установлены по два термометра, расположенные на различной высоте так, чтобы один (2) погружался в раствор, а ртутный шарик другого (3) находился в пространстве над раствором.

Колбы устанавливаются на электроплитки (4) и растворы в них нагревают-

ся до кипения (рисунок 7.1). Когда растворы закипят, необходимо снять пока-

зания термометров и результаты внести в таблицу 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема экспериментальной установки по определению зависимости физико-химической температурной депрессии от концентрации раствора

Таблица 7.1 - Результаты эксперимента

Величина физико-химической температурной депрессии определяется из

выражения (7.1).

166

На основании результатов эксперимента строится график зависимости фи-

зико-химической депрессии от концентрации раствора b 1 f b , и сравнить

ее со справочной.